DE212015000124U1 - Frame body, cell frame for a redox flow battery, and redox flow battery - Google Patents
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Abstract
Rahmenkörper zur Verwendung in einer Zelle einer Redox-Flussbatterie, umfassend: eine Öffnung, die in dem Rahmenkörper ausgebildet ist; einen Durchgang, durch welchen eine Elektrolyt im Kreis fließen kann; und einen Schlitz, der mit der Öffnung und dem Durchgang verbunden ist, wobei der Schlitz einen Kanal für das Elektrolyt zwischen der Öffnung und dem Durchgang ausbildet, wobei der Schlitz mindestens einen gebogenen Abschnitt aufweist, dessen Krümmungsradius gleich oder größer als 2 mm und kleiner als oder gleich 200 mm ist.A frame body for use in a cell of a redox flow battery, comprising: an opening formed in the frame body; a passage through which an electrolyte can flow in a circle; and a slot connected to the opening and the passage, the slot forming a channel for the electrolyte between the opening and the passage, the slot having at least one bent portion whose radius of curvature is equal to or greater than 2 mm and less than or equal to 200 mm.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rahmenkörper, der für eine Zelle einer Redox-Flussbatterie verwendet wird, einen Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie und eine Redox-Flussbatterie. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Rahmenkörper einer Zelle für eine Redox-Flussbatterie, der eine Wärmeabfuhr eines Elektrolyts in einem Schlitz, der in dem Rahmenkörper bereitgestellt ist, verbessern kann, während ein Verlust durch einen Nebenstrom durch das Elektrolyt verhindert wird, und auch eine Belastung reduzieren kann, die an einem Ausbildungsabschnitt eines Schlitz auftritt.The present invention relates to a frame body used for a cell of a redox flow battery, a cell frame for a redox flow battery, and a redox flow battery. More particularly, the present invention relates to a frame body of a cell for a redox flow battery capable of improving heat dissipation of an electrolyte in a slit provided in the frame body while preventing loss by a sidestream through the electrolyte, and also a load which occurs at a formation portion of a slot.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Als eine Speicherbatterie mit großer Kapazität ist eine Redox-Flussbatterie (im Folgenden auch als RF Batterie bezeichnet) bekannt (siehe Patentdokumente 1 und 2). Bekannte Anwendungen für die Redox-Flussbatterie sind ein Lastausgleich, sowie eine Kompensation für einen momentanen Abfall und eine Sicherung einer Leistungszufuhr und Ausgleichen einer Leistungsausgabe aus regenerativen Energien wie Solarenergie, Windenergie und dergleichen, deren massive Einführung vorangetrieben wird.As a large-capacity storage battery, a redox flow battery (also referred to as an RF battery hereinafter) is known (see Patent Documents 1 and 2). Known applications for the redox flow battery are load balancing, as well as compensation for instantaneous drop off and securing of power supply and balancing of power output from renewable energy sources such as solar, wind and the like, whose massive introduction is being driven forward.
Eine RF Batterie ist eine Batterie, die ein Laden und Entladen unter Verwendung eines Elektrolyts für eine positive Elektrode und eines Elektrolyts für eine negative Elektrode durchführt, wobei ein Elektrolyt ein Metallion (ein aktives Material) beinhaltet, das eine Valenzvariation durch eine Oxidationsreduktion aufweist.
Eine RF Batterie
In der RF Batterie
In dem Zellenstapel
DOKUMENTENLISTEDOCUMENTS LIST
PATENTDOKUMENTEPATENT DOCUMENTS
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PTD 1:
japanische Offenlegungsschrift Nr. 2013-080613 Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2013-080613 -
PTD 2:
japanische Offenlegungsschrift Nr. 2002-246061 Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2002-246061
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
TECHNISCHES PROBLEMTECHNICAL PROBLEM
In der RF Batterie, wenn der Schlitz mit einem Elektrolyt in einem geladenen Zustand gefüllt ist, fließt ein Nebenstrom via dem Elektrolyt in dem Schlitz und ein Verlust durch den Nebenstrom (ein Nebenstromverlust) wird verursacht. Ein Mittel, das den Nebenstrom reduziert ist, ist, die Länge des Schlitzes, der als der Kanal des Elektrolyts dient, zu verlängern, um den elektrischen Widerstand des Elektrolyts in dem Schlitz zu erhöhen. Entsprechend existiert von einem konventionellen Standpunkt zum Reduzieren eines Nebenstromverlustes ein Fall, in welchem ein Mittel genommen wurde, um einen gebogenen Abschnitt an einem Abschnitt des Schlitzes auszubilden, um die Länge des Schlitzes zu erhöhen, sodass dieser länger als ein gerader Schlitz ist. Die Länge des Schlitzes bedeutet eine Länge des Schlitzes entlang des Schlitzes von einem Ende zu dem anderen Ende gemessen, wenn der Zellenrahmen (oder Rahmenkörper) in einer Aufsicht betrachtet wird.In the RF battery, when the slot is filled with an electrolyte in a charged state, a bypass current flows through the electrolyte in the slot and loss by the bypass (leakage current) is caused. An agent that reduces the side-flow is to lengthen the length of the slot that serves as the channel of the electrolyte to increase the electrical resistance of the electrolyte in the slot. Accordingly, from a conventional standpoint for reducing a side leakage, there is a case in which a means has been taken to form a bent portion at a portion of the slot to increase the length of the slot to be longer than a straight slot. The length of the slot means a length of the slot measured along the slot from one end to the other end when the cell frame (or frame body) is viewed in a plan view.
Bereitstellen des Schlitzes mit einem gebogenen Abschnitt, um die Länge des Schlitzes zu erhöhen, hat jedoch ein Limit und wenn die RF Batterie betätigt wird, bereitsteht oder dergleichen wird, wenn der Schlitz mit Elektrolyt gefüllt ist, ein Nebenstrom durch das Elektrolyt nicht in einem kleinem Ausmaß fließen. Dieser Nebenstrom kann dazu führen, dass das Elektrolyt Wärme generiert und eine erhöhte Temperatur aufweist. Insbesondere wenn die RF Batterie in Bereitschaft ist, bleibt das Elektrolyt in dem Schlitz und entsprechend erhöht sich die Temperatur des Elektrolyts in dem Schlitz einfacher als bei einer Betätigung, wenn das Elektrolyt fließt. Wenn die Temperatur des Elektrolyts erhöht ist, kann ein Ausfall in dem Elektrolyt auftreten und es ist möglich eine Reduktion der Batterieleistung durch ein degenerieren des Elektrolyts zu haben. Darüber hinaus, wenn die Temperatur des Elektrolyts erhöht ist, kann die Temperatur den Rahmenkörper aufweichen und deformieren und folglich den Rahmenkörper (oder den Zellenrahmen) beschädigen. Entsprechend, um das Erhöhen der Temperatur des Elektrolyts in dem Schlitz zu unterdrücken, besteht ein Bedarf, die Wärmeabfuhr des Elektrolyts zu verbessern.Providing the slot with a bent portion to increase the length of the slot, however, has a limit, and when the RF battery is operated, ready, or the like, when the slot is filled with electrolyte, a sidestream through the electrolyte is not in a small one Scale flow. This sidestream can cause the electrolyte to generate heat and have an elevated temperature. In particular, when the RF battery is in standby, the electrolyte remains in the slot and, accordingly, the temperature of the electrolyte in the slot increases more readily than when actuated as the electrolyte flows. When the temperature of the electrolyte is increased, a failure may occur in the electrolyte, and it is possible to have a reduction in battery performance by degenerating the electrolyte. In addition, when the temperature of the electrolyte is increased, the temperature may soften and deform the frame body and thus damage the frame body (or the cell frame). Accordingly, in order to suppress the elevation of the temperature of the electrolyte in the slot, there is a demand to improve the heat dissipation of the electrolyte.
Darüber hinaus werden in dem Rahmenkörper für die Zelle der RF Batterie, wenn das Elektrolyt fließt, ein Fluiddruck, thermische Expansion und dergleichen verursacht, was in einer Belastung resultiert, die an dem Werkstück, welches den Rahmenkörper in einer Längsrichtung bildet, in einer Breitenrichtung und dergleichen wirkt und diese Belastung kann in einer Verformung enden. Insbesondere weist der Ausbildungsabschnitt für den Schlitz des Rahmenkörpers eine kleine Dicke auf und ist entsprechend anfällig für ein Verformen und darüber hinaus konzentriert sich eine Belastung einfach an einer Ecke des Schlitzes oder dergleichen und wenn eine übermäßige Belastung wirkt, kann ein Reißen einfach verursacht werden, wobei der Schlitz als ein Startpunkt dient. Entsprechend ist ein Unterdrücken der Belastung, die in dem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes auftritt, gewünscht. Der „Schlitzquerschnitt“ bedeutet ein Querschnitt orthogonal zu einer Richtung, in welcher das Elektrolyt fließt.Moreover, in the frame body for the cell of the RF battery, when the electrolyte flows, fluid pressure, thermal expansion, and the like are caused, resulting in stress applied to the workpiece forming the frame body in a longitudinal direction in a widthwise direction The like works and this load can end in a deformation. In particular, the frame body slot forming portion has a small thickness and is accordingly susceptible to deformation, and moreover, stress concentrates easily at a corner of the slot or the like, and when excessive load is applied, cracking can easily be caused the slot serves as a starting point. Accordingly, suppression of the stress occurring in the formation portion of the slot is desired. The "slit cross section" means a cross section orthogonal to a direction in which the electrolyte flows.
Konventionell, um einen Nebenstromverlustes zu reduzieren, wurde ein Bereitstellen eines Abschnitts eines Schlitzes mit einem gebogenen Abschnitt vorgeschlagen. Jedoch wurde die Konfiguration des gebogenen Abschnitts des Schlitzes nicht ausreichend von einem Standpunkt des Verbessern der Wärmeabfuhr des Elektrolyts und Unterdrücken einer Verformung des Ausbildungsabschnitt des Schlitzes aus untersucht. Conventionally, in order to reduce a side stream loss, provision has been made for providing a portion of a slot having a bent portion. However, the configuration of the bent portion of the slit has not been sufficiently studied from a viewpoint of improving the heat dissipation of the electrolyte and suppressing deformation of the formation portion of the slit.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Betrachtung der obigen Umstände gemacht und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rahmenkörper einer Zelle für eine Redox-Flussbatterie bereitzustellen, der die Wärmeabfuhr eines Elektrolyts in einem Schlitz verbessern kann, während ein Nebenstromverlust durch das Elektrolyt reduziert wird, und auch eine Belastung, die an einem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes auftritt, unterdrücken kann.The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a frame body of a cell for a redox flow battery which can improve the heat dissipation of an electrolyte in a slot while reducing leakage current through the electrolyte. and also can suppress stress occurring at a formation portion of the slot.
LÖSUNG DES PROBLEMSTHE SOLUTION OF THE PROBLEM
Ein Rahmenkörper entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Rahmenkörper, der für eine Zelle einer Redox-Flussbatterie verwendet wird, umfassend: eine Öffnung, die in dem Rahmenkörper ausgebildet ist; einen Durchgang, durch welchen ein Elektrolyt im Kreis fließt; und einen Schlitz, der zwischen der Öffnung und dem Durchgang verbunden ist, wobei der Schlitz einen Kanal für das Elektrolyt zwischen der Öffnung und dem Durchgang ausbildet. Der Schlitz weist einen gebogenen Abschnitt auf, dessen Krümmungsradius gleich oder größer als 2,0 mm kleiner oder gleich 200 mm ist.A frame body according to one aspect of the present invention is a frame body used for a cell of a redox flow battery, comprising: an opening formed in the frame body; a passage through which an electrolyte flows in a circle; and a slot connected between the opening and the passage, the slot forming a channel for the electrolyte between the opening and the passage. The slot has a bent portion whose radius of curvature is equal to or greater than 2.0 mm less than or equal to 200 mm.
Ein Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Rahmenkörper entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben; und eine bipolare Platte, die in die Öffnung des Rahmenkörpers eingepasst ist, wobei der Rahmenkörper und die bipolare Platte eine Kammer in dem Rahmenkörper ausbilden.A cell frame for a redox flow battery according to one aspect of the present invention comprises: a frame body according to an aspect of the present invention as described above; and a bipolar plate fitted in the opening of the frame body, wherein the frame body and the bipolar plate form a chamber in the frame body.
Eine Redox-Flussbatterie entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst einen Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben.A redox flow battery according to one aspect of the present invention includes a cell frame for a redox flow battery according to an aspect of the present invention as described above.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNGADVANTAGEOUS EFFECTS OF THE INVENTION
Der obige Zellenrahmen kann die Wärmeabfuhr eines Elektrolyts in einem Schlitz verbessern, während ein Nebenstromverlust durch das Elektrolyt reduziert wird, und kann auch eine Verformung unterdrücken, die an einem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes verursacht wird. Der obige Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie und die Redox-Flussbatterie können eine Wärmeabfuhr eines Elektrolyts in einem Schlitz verbessern, der in einem Rahmenkörper bereitgestellt ist, der eine Zelle bildet, während ein Nebenstromverlust durch das Elektrolyt reduziert wird, und kann auch ein Verformen unterdrücken, das an einem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes verursacht wird.The above cell frame can improve heat dissipation of an electrolyte in a slot while reducing leakage current through the electrolyte, and can also suppress deformation caused on a formation portion of the slot. The above cell frame for a redox flow battery and the redox flow battery can improve heat dissipation of an electrolyte in a slit provided in a frame body forming a cell while reducing leakage current through the electrolyte, and can also suppress deformation Being created at a training section of the slot.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
[Beschreibung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung][Description of the Embodiment of the Present Invention]
Die vorliegenden Erfinder haben einen Schlitz, der in einem Rahmenkörper bereitgestellt ist und einen gebogenen Abschnitt aufweist, eine Konfiguration des gebogenen Abschnitts, einen Krümmungsradius davon insbesondere untersucht, der die Wärmeabfuhr eines Elektrolyts in dem Schlitz verbessern kann eine Verformung unterdrücken kann, die an einem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes verursacht wird. Die vorliegenden Erfinder haben die folgenden Erkenntnisse erhalten.The present inventors have a slit provided in a frame body and having a bent portion, a configuration of the bent portion, a radius of curvature thereof, in particular, which can improve the heat dissipation of an electrolyte in the slit can suppress deformation applied to a formation portion of the slot is caused. The present inventors have obtained the following findings.
Wenn ein Nebenstrom ein Generieren von Wärme verursacht und die Temperatur des Elektrolyts in dem Schlitz erhöht ist, wird die Wärme des Elektrolyts von einer Wandoberfläche des Schlitzes, welche das Elektrolyt kontaktiert, abgeleitet und folglich gekühlt. D. h., dass die Wärme sich von dem Elektrolyt via der Wandoberfläche des Schlitzes zu dem Rahmenkörper wegbewegt und eine Wärmeableitung des Elektrolyts folglich durchgeführt wird. Wenn der Schlitz einen gebogenen Abschnitt mit einem kleinen Krümmungsradius aufweist, dann ist der Ausbildungsbereich des gebogenen Abschnitts in der Ebene des Rahmenkörpers klein und es ist schwierig die Wärme des Elektrolyts in dem Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts zu dem Rahmenkörper abzuleiten und folglich wird die Wärme einfach eingeschlossen. Insbesondere weist in dem Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts des Ausbildungsabschnitt des Schlitzes des Rahmenkörpers ein Ausbildungsbereich, der durch zwei Liniensegmente umgeben ist, welcher das Zentrum des Krümmungsradius des gebogenen Abschnitts und eines und das andere Ende des gebogenen Abschnitts durch die gekrümmte Linie entlang des gebogenen Abschnitts verbindet, eine kleine Fläche (oder Volumen) auf und hat eine kleine Wärmekapazität und die Temperatur erhöht sich durch die Wärmeabfuhr von dem Elektrolyt schnell. Entsprechend, wenn der Schlitz einen gebogenen Abschnitten einen kleinen Krümmungsradius aufweist, wird die Wärmeabfuhr zu dem Rahmenkörper des Elektrolyts nicht ausreichend ausgeführt und die Wärme wird einfach an dem Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts eingeschlossen. Entsprechend erhöht sich in dem gebogenen Abschnitt des Schlitzes die Temperatur des Elektrolyts einfach und entsprechend fällt eine Elektrolytkomponente aus, der Rahmenkörper wird weich oder andere nachteilige Effekte werden einfach verursacht.When a side stream causes generation of heat and the temperature of the electrolyte in the slot is increased, the heat of the electrolyte is discharged from a wall surface of the slot which contacts the electrolyte, and thus cooled. That is, the heat moves away from the electrolyte via the wall surface of the slot to the frame body, and heat dissipation of the electrolyte is consequently performed. When the slit has a bent portion with a small radius of curvature, the formation area of the bent portion in the plane of the frame body is small, and it is difficult to dissipate the heat of the electrolyte in the formed portion of the bent portion to the frame body, and thus the heat is easily trapped , Specifically, in the formed portion of the bent portion, the formation portion of the slot of the frame body has a formation area surrounded by two line segments connecting the center of the curvature radius of the bent portion and one and the other ends of the bent portion by the curved line along the bent portion , a small area (or volume) and has a small heat capacity and the temperature increases rapidly by the heat dissipation from the electrolyte. Accordingly, when the slit has a small radius of curvature in a bent portion, the heat dissipation to the frame body of the electrolyte is not sufficiently performed, and the heat is easily trapped at the formed portion of the bent portion. Accordingly, in the bent portion of the slot, the temperature of the electrolyte simply increases, and accordingly, an electrolyte component precipitates, the frame body becomes soft or other adverse effects are easily caused.
Im Gegensatz dazu, wenn ein Rahmenkörper, der einen Schlitz aufweist, der einen gebogenen Abschnitt mit einem langen Krümmungsradius aufweist, einer Zugspannung, die aus einem fluide Druck, einer thermischen Expansion oder dergleichen resultiert, ausgesetzt wird, ist eine Komponente einer Kraft, die an dem gebogenen Abschnitt des Schlitzes in einer normalen Richtung wirkt (die Breitenrichtung des Schlitzes) erhöht. Insbesondere wenn eine Spannung/Belastung in einer Richtung (zum Beispiel eine Longitudinalrichtung) eines Werkstücks wirkt, das den Rahmenkörper bildet, wird diese in dem gebogenen Abschnitt des Schlitzes in eine Komponente einer Kraft der normalen Richtung und einer Komponente der Kraft in einer Tangentialrichtung zerlegt. Der Ausbildungsabschnitt des Schlitzes des Rahmenkörpers ist empfänglich für eine Belastung in Antwort auf eine Kraft in der Breitenrichtung des Schlitzes und, wenn der Schlitz einen gebogenen Abschnitt mit einem großen Krümmungsradius aufweist, ist der Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts einfach belastet und kann folglich reißen.In contrast, when a frame body having a slit having a bent portion with a long radius of curvature, a tensile stress resulting from a fluid pressure, a thermal expansion, or the like is exposed, a component of a force acting on the arcuate portion of the slot in a normal direction acts (the width direction of the slot) increases. In particular, when a stress acts in a direction (for example, a longitudinal direction) of a workpiece constituting the frame body, it is decomposed in the bent portion of the slot into a component of a normal direction force and a component of the force in a tangential direction. The forming portion of the slit of the frame body is susceptible to stress in response to a force in the width direction of the slit, and when the slit has a bent portion having a large radius of curvature, the formation portion of the bent portion is simply loaded and hence liable to break.
Die vorliegenden Erfinder haben die vorliegende Erfindung basierend auf der obigen Idee abgeschlossen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nummeriert und beschrieben.
- (1) Ein Rahmenkörper entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Rahmenkörper, der für eine Zelle einer Redox-Flussbatterie verwendet wird, umfassend: eine Öffnung, die in dem Rahmenkörper ausgebildet ist; ein Durchgang, durch welchen ein Elektrolyt im Kreis fließt; und einen Schlitz, der mit der Öffnung und dem Durchgang verbunden ist, wobei der Schlitz einen Kanal für das Elektrolyt zwischen der Öffnung und dem Durchgang ausbildet. Der Schlitz weist mindestens einen gebogenen Abschnitt auf, dessen Krümmungsradius gleich oder größer als 2,0 mm und kleiner oder gleich 200 mm ist.
- (1) A frame body according to one aspect of the present invention is a frame body used for a cell of a redox flow battery, comprising: an opening formed in the frame body; a passage through which an electrolyte flows in a circle; and a slot connected to the opening and the passage, wherein the slot forms a channel for the electrolyte between the opening and the passage. The slot has at least one bent portion whose radius of curvature is equal to or greater than 2.0 mm and less than or equal to 200 mm.
Entsprechend dem obigen Rahmenkörper, da der Schlitz mindestens einen gebogenen Abschnitt aufweist, kann der Schlitz länger als ein gerader Schlitz sein und ein Nebenstromverlust durch das Elektrolyt in dem Schlitz kann reduziert werden. Darüber hinaus kann der gebogene Abschnitt, der einen Krümmungsradius aufweist, welcher dem obigen Bereich entspricht, die Wärmeabfuhr des Elektrolyts in dem Schlitz verbessern und kann auch eine Belastung unterdrücken, die an einem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes auftritt. Insbesondere ermöglicht ein gebogener Abschnitt, der einen Krümmungsradius von 2,0 mm oder mehr aufweist, dass der Ausbildungsbereich des gebogenen Abschnitts in der Ebene des Rahmenkörpers groß ist und unterstützt, dass der Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts die Wärme des Elektrolyts von dem Rahmenkörper ableitet und die Wärme weniger einfach eingesperrt wird. Folglich kann eine Wärmeabfuhr des Elektrolyts verbessert werden und eine Erhöhung des Temperatur des Elektrolyts kann unterdrückt werden. Entsprechend kann ein Ausfallen einer Elektrolytkomponente, Aufweichen und Deformieren des Rahmenkörpers und dergleichen unterdrückt werden. According to the above frame body, since the slit has at least one bent portion, the slit may be longer than a straight slit, and a leakage current through the electrolyte in the slit may be reduced. In addition, the bent portion having a radius of curvature corresponding to the above range can improve the heat dissipation of the electrolyte in the slot and can also suppress stress occurring at a formation portion of the slot. In particular, a bent portion having a radius of curvature of 2.0 mm or more enables the formation area of the bent portion in the plane of the frame body to be large, and assists that the formed portion of the bent portion dissipates the heat of the electrolyte from the frame body and Heat is locked up less easily. Consequently, heat dissipation of the electrolyte can be improved, and increase of the temperature of the electrolyte can be suppressed. Accordingly, precipitation of an electrolyte component, softening and deformation of the frame body, and the like can be suppressed.
Im Gegensatz dazu, wenn ein Rahmenkörper, der einen gebogenen Abschnitt mit einem großen Krümmungsradius von 200 mm oder weniger aufweist, einer Zugspannung ausgesetzt ist, die von einem Fluiddruck resultiert, wird eine thermische Expansion oder dergleichen an dem gebogenen Abschnitt des Schlitzes in der normalen Richtung (Breitenrichtung des Schlitzes) und der Tangentialrichtung aufgespalten und eine Spannung, die an dem Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts in der Breitenrichtung des Schlitzes auftritt, ist so reduziert, dass sie klein ist. Entsprechend kann ein Verformen, das an einem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes verursacht wird, unterdrückt und ein Reißen kann unterdrückt werden. Vorzugsweise weist der gebogene Abschnitt einen Krümmungsradius von zum Beispiel 10 mm oder mehr und 60 mm oder weniger auf.
- (2) Als ein Aspekt des obigen Rahmenkörpers weist der obige Schlitz einen Verbindungsabschnitt, der einen Krümmungsradius
von mehr als 200 mm aufweist, zwischen dem obigen gebogenen Abschnitt, der am nächsten zu der obigen Öffnung ist, und der obigen Öffnung auf.
- (2) As one aspect of the above frame body, the above slot has a connection portion having a radius of curvature of more than 200 mm between the above bent portion closest to the above opening and the above opening.
Wenn das Elektrolyt von dem Durchgang in die Kammer durch den Schlitz eingeführt wird, läuft es durch den gebogenen Abschnitt und erfährt entsprechend eine Zentrifugalkraft (oder Trägheit). Diese Trägheit kann einen Fluss des Elektrolyts, das in die Kammer eingeführt wird, stören und folglich ist es möglich, dass das Elektrolyt in der Kammer ein ungleichmäßiges Flussratenprofil aufweist. Entsprechend dem obigen Aspekt, da ein Verbindungsabschnitt bereitgestellt, der einen Krümmungsradius von mehr als 200 mm aufweist (eine Krümmung weniger als 1/200), zwischen dem gebogenen Abschnitt der Öffnung ist, die als die Kammer dient, kann eine Trägheit, die aufgenommen wird, wenn das Elektrolyt durch den gebogenen Abschnitt fließt, abgeschwächt werden und eine Störung des Flusses des Elektrolyts, das in die Kammer eingeführt wird, kann unterdrückt werden. Entsprechend kann der Verbindungsabschnitt einen Anpassungseffekt für den Fluss bereitstellen, welcher eine Störung eines Flusses des Elektrolyts, das in die Kammer eingeführt wird, unterdrückt. Dies kann ein Flussratenprofil des Elektrolyts in der Kammer ausgleichen.
- (3) Als den einen Aspekt des obigen Rahmenkörpers weist der Verbindungsabschnitt eine Länge von 5 mm
oder mehr und 200 mm oder weniger auf.
- (3) As the one aspect of the above frame body, the connecting portion has a length of 5 mm or more and 200 mm or less.
Entsprechend dem obigen Aspekt, da der Verbindungabschnitt eine Länge von 5 mm oder mehr aufweist, kann eine Störung eines Flusses des Elektrolyts, das in die Kammer eingeführt wird, effektiv unterdrückt werden und ein hoher Anpassungseffekt für die Flussrate kann erreicht werden. Im Gegensatz dazu, wenn ein Rahmenkörper, der einen Verbindungsabschnitt mit einer Länge von 200 mm oder weniger aufweist, einer Zugdehnung ausgesetzt ist, die von einem Fluiddruck, thermische Ausdehnung oder dergleichen resultiert, ist eine Spannung, die an dem Verbindungsabschnitt des Schlitzes wirkt, klein. Entsprechend wird eine Verformung, die an dem Verbindungsabschnitt verursacht wird, unterdrückt und ein Reißen wird unterdrückt.According to the above aspect, since the connection portion has a length of 5 mm or more, a disturbance of a flow of the electrolyte introduced into the chamber can be effectively suppressed, and a high adjustment effect for the flow rate can be achieved. In contrast, when a frame body having a connecting portion with a length of 200 mm or less is subjected to tensile elongation resulting from fluid pressure, thermal expansion or the like, a stress acting on the connecting portion of the slot is small , Accordingly, deformation caused at the connecting portion is suppressed and cracking is suppressed.
Vorzugsweise weist der Verbindungsabschnitt eine Länge von zum Beispiel 10 mm oder mehr und 50 mm oder weniger auf.
- (4) Als ein Aspekt des obigen Rahmenkörpers weist der Schlitz eine Tiefe von 0,5 mm oder mehr und 10 mm oder weniger auf.
- (4) As an aspect of the above frame body, the slot has a depth of 0.5 mm or more and 10 mm or less.
Je größer der Querschnitt des Schlitzes ist, desto kleiner ist der Druckverlust, wenn das Elektrolyt fließt. Entsprechend dem obigen Aspekt ermöglicht der Schlitz, der eine Tiefe von 0,5 mm oder mehr aufweist, mit einer fixierten Breite, eine erhöhte Querschnittsfläche zu haben und ermöglicht ein Reduzieren des Druckverlusts. Darüber hinaus, wenn das Elektrolyt eine feste Flussrate aufweist, ist die Flussgeschwindigkeit des Elektrolyts geringer, je größer die Querschnittsfläche ist und entsprechend ist eine Zentrifugalkraft, wenn das Elektrolyt durch den gebogenen Abschnitt fließt, reduziert und ein verbesserter Anpassungseffekt für den Fluss kann erreicht werden. Darüber hinaus, da der Schlitz eine Tiefe von 10 mm oder weniger aufweist, kann eine Verringern der Festigkeit, die aus einer reduzierten Dicke an dem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes resultiert, des Rahmenkörpers unterdrückt werden und ein Verformen, Reißen und dergleichen durch Fluiddruck, thermische Expansion und dergleichen kann weiter unterdrückt werden. Darüber hinaus, da der Schlitz eine Tiefe von 10 mm oder weniger aufweist, wird eine Belastung, die an dem Schlitz wirkt, weiter reduziert, was hilft die Verformungsmenge zu reduzieren. Vorzugsweise weist der Schlitz eine Tiefe von zum Beispiel 1,00 mm oder mehr und 5,00 mm oder weniger auf. Die Tiefe des Schlitzes bedeutet eine Länge des Schlitzes in dem Querschnitt des Schlitzes in einer Richtung senkrecht von der Öffnung des Schlitzes zu dem Boden dahin betrachtet (d. h. die Richtung der Dicke des Rahmenkörpers). Die Breite des Schlitzes bedeutet eine Breite der Öffnung des Schlitzes im Querschnitt.
- (5) Als ein Aspekt des obigen Rahmenkörpers weist der obige Schlitz eine Breite von 0,5 mm oder mehr und 20 mm oder weniger auf.
- (5) As one aspect of the above frame body, the above slot has a width of 0.5 mm or more and 20 mm or less.
Entsprechend dem obigen Aspekt ermöglicht der Schlitz, der eine Breite von 0,5 mm oder mehr aufweist, dem Schlitz mit einer fixierten Tiefe eine erhöhte Querschnittsfläche zu haben und ermöglicht so einen reduzierten Druckverlust. Darüber hinaus, wie oben beschrieben wurde, ermöglicht eine größere Querschnittsfläche einen verbesserten Anpassungseffekt für den Fluss. Darüber hinaus, da der Schlitz eine Breite von 20 mm oder weniger aufweist, kann eine Reduktion der Festigkeit des Ausbildungsabschnitts des Schlitzes des Rahmenkörpers unterdrückt werden und ein Verformen, Reißen und dergleichen durch Fluiddruck, thermische Expansion und dergleichen kann weiter unterdrückt werden. Darüber hinaus, da der Schlitz eine Breite von 20 mm oder weniger aufweist, kann die Wärmemenge, die durch das Elektrolyt in dem Schlitz generiert wird, unterdrückt werden, und ein Erhöhen des Temperatur des Elektrolyts wird einfacher unterdrückt. Darüber hinaus, da der Schlitz eine Breite von 20 mm oder weniger aufweist, kann der Ausbildungsabschnitt des Schlitzes klein sein und der Rahmenkörper und folglich der Zellenrahmen können verkleinert werden. Vorzugsweise weist der Schlitz eine Breite von 1 mm oder mehr und 8 mm oder weniger zum Beispiel auf.
- (6) Als ein Aspekt des Rahmenkörpers weist der Rahmenkörper ein Paar lange Stücke, die einander gegenüber sind, und ein paar kurze Stücke auf, welche die Enden der lange Stücke verbinden und das lange Stück ist mit mindestens einem gebogenen Abschnitt, der oben beschrieben wurde, ausgebildet.
- (6) As one aspect of the frame body, the frame body has a pair of long pieces facing each other and a few short pieces connecting the ends of the long pieces and the long piece having at least one bent portion described above , educated.
Wenn der gebogene Abschnitt des Schlitzes, der in dem langen Stück des Rahmenkörpers ausgebildet ist, mit dem gebogenen Abschnitt des Schlitzes, der in dem kürzeren Stück des Rahmenkörpers ausgebildet ist, verglichen wird, kann der erste einen größeren Abstand von dem gebogenen Abschnitt zu einem oder dem anderen Ende des Stücks bereitstellen, der mit dem gebogenen Abschnitt bereitgestellt ist (im Folgenden auch als Ausbildungsstück des gebogenen Abschnitts bezeichnet). Je größer dieser Abstand ist, desto mehr Material des Rahmenkörpers ist in einem Bereich von dem gebogenen Abschnitt zu einem oder anderen Ende des Ausbildungsstück des gebogenen Abschnitts ausgebildet, sodass, wenn Fluiddruck, thermische Expansion und dergleichen in einer Belastung resultieren, die in einer Längsrichtung des Ausbildungsstücks des gebogenen Abschnitts wirken, ein Verformen weniger einfach auftritt und ein Reißen unterdrückt ist. Folglich entsprechend dem obigen Aspekt kann ein Reißen, Verformen und dergleichen, die an dem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes verursacht werden (dem Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts insbesondere) weiter unterdrückt werden.
- (7) Als ein Aspekt des obigen Rahmenkörpers weist der Rahmenkörper ein paar lange Stücke einander gegenüber und ein paar kurze Stücke auf, welche die Enden der lange Stücke verbinden und eine Ecke, die durch das lange Stück und kurze Stück ausgebildet wird, weist mindestens einen gebogenen Abschnitt auf, der oben beschrieben ist.
- (7) As one aspect of the above frame body, the frame body has a few long pieces facing each other and a few short pieces connecting the ends of the long pieces, and a corner formed by the long piece and short piece has at least one bent portion described above.
Die Ecke, die durch das lange Stück und das kurze Stück ausgebildet ist, weist eine große Festigkeit auf und ist folglich gegen eine Deformation widerstandsfähig. Wenn der gebogene Abschnitt des Schlitzes an der Ecke des Rahmenkörpers ausgebildet ist, und Fluiddruck, thermische Expansion und dergleichen in einer Belastung resultieren, die an einem Stück wirken, welches den Rahmenkörper bildet, tritt ein Verformen weniger leicht auf und ein Reißen ist unterdrückt. Folglich entsprechend dem obigen Aspekt kann ein verformen, Reißen und dergleichen an dem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes weiter unterdrückt werden.
- (8) Ein Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: den Rahmenkörper entsprechend einem der Elemente (1) bis (7); und eine bipolare Platte, die in der Öffnung des Rahmenkörpers eingefasst ist, wobei der Rahmenkörper und die bipolare Platte eine Kammer in dem Rahmenkörper ausbilden.
- (8) A cell frame for a redox flow battery according to one aspect of the present invention comprises: the frame body according to any one of (1) to (7); and a bipolar plate enclosed in the opening of the frame body, wherein the frame body and the bipolar plate form a chamber in the frame body.
Entsprechend dem obigen Zellenrahmen, da der obige Rahmenkörper entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ist, kann in einem Rahmenkörper, der eine Zelle einer Redox-Flussbatterie bildet, eine Wärmeabfuhr eines Elektrolyts in einem Schlitz verbessert werden, während ein Nebenstromverlust durch das Elektrolyt verhindert werden kann, und eine Verformung, die an einem Schlitzabschnitt verursacht wird, kann unterdrückt werden.
- (9) Eine Redox-Flussbatterie entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst einen Zellenrahmen für eine Redox-Flussbatterie entsprechend dem obigen Element (8).
- (9) A redox flow battery according to one aspect of the present invention includes a cell frame for a redox flow battery according to the above item (8).
Entsprechend der obigen Redox-Flussbatterie, da der obige Zellenrahmen entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung in einem Rahmenkörper, der eine Zelle bildet, enthalten ist, kann eine Wärmeabfuhr eines Elektrolyts in einem Schlitz verbessert werden, während ein Nebenstromverlust das Elektrolyt reduziert werden kann und eine Belastung, die an dem Ausbildungsabschnitt des Schlitzes verursacht wird, kann auch unterdrückt werden.According to the above redox flow battery, since the above cell frame according to one aspect of the present invention is contained in a frame body forming a cell, heat dissipation of an electrolyte in a slot can be improved, while leakage loss of the electrolyte can be reduced and a Stress caused on the formation portion of the slot can also be suppressed.
[Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION
Ein spezielles Beispiel des Rahmenkörpers und eines Zellenrahmens für eine Redox-Flussbatterie entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug zu den Figuren beschrieben. In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder entsprechende Komponenten. Beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist und dazu gedacht ist, Modifikationen, die in der Bedeutung und dem Umfang, der durch die Begriffe der Ansprüche und ein Äquivalent der Begriffe der Ansprüche enthalten sind, zu umfassen.A specific example of the frame body and a cell frame for a redox flow battery according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the figures. In the figures, identical reference numerals designate identical or corresponding components. Note that the present invention is not limited to these examples and is intended to include modifications that are within the meaning and scope contained in the terms of the claims and an equivalent of the terms of the claims.
[Erste Ausführungsform]First Embodiment
<Rahmenkörper><Frame body>
Mit Bezug zu
Rahmenkörper
(Durchgang und Schlitz)(Passage and slot)
Durchgänge
<Zellenrahmen><Cell frame>
Mit Bezug zu
Für den Zellenrahmen
Das positive und negative Elektrolyt kann ein bekanntes Elektrolyt sein. Zum Beispiel kann das positive und negative Elektrolyt ein V-basiertes Elektrolyt sein, das V-Ionen als ein aktives Material für die positive Elektrode und die negative Elektrode enthält, eine Kombination eines Fe/Cr basierten Elektrolyts, das Fe-Ionen als ein aktives Material für positive Elektroden und Cr-Ionen als ein aktives Material der negativen Elektroden enthält, ein Ti-Mn-basiertes Elektrolyt, das Mn-Ionen als aktives Material für positive Elektroden und Ti-Ionen als aktives Material für die negative Elektrode enthält und dergleichen verwendet werden.The positive and negative electrolyte may be a known electrolyte. For example, the positive and negative electrolytes may be a V-based electrolyte containing V ions as an active material for the positive electrode and the negative electrode, a combination of Fe / Cr based electrolyte containing Fe ions as an active material for positive electrodes and Cr ions as a negative electrode active material, a Ti-Mn based electrolyte containing Mn ions as positive electrode active material and Ti ions as negative electrode active material, and the like are used ,
(Schutzplatte)(Protective plate)
An dem Zellenrahmen
(Planare Form des Schlitzes) (Planar shape of the slot)
Schlitz
(Gebogener Abschnitt)(Curved section)
Der gebogene Abschnitt
(Verbindungabschnitt)(Connecting portion)
Verbindungabschnitt
(Querschnittsform des Schlitzes)(Cross-sectional shape of the slot)
Eine Querschnittsform des Schlitzes
(Tiefe und Breite)(Depth and width)
Der Schlitz
(Funktion und Effekt)(Function and effect)
Rahmenkörper
Im Gegensatz dazu, denn Rahmenkörper
Darüber hinaus, da Schlitz
Insbesondere, da der Verbindungsabschnitt
Darüber hinaus ermöglicht der Schlitz
Als nächstes werden basierend auf
[Zweite Ausführungsform]Second Embodiment
Die erste Ausführungsform, die in
Schlitz
Ecke
[Dritte Ausführungsform]Third Embodiment
Während die erste Ausführungsform, die in
Schlitz
Im folgenden wird eine Redox-Flussbatterie beschrieben, die einen Zellenrahmen entsprechend der Ausführungsform aufweist, der oben beschrieben wurde. Wenn der Zellenrahmen an der Redox-Fluss Batterie angewendet wird, wird dieser in der Form eines Zellenstapels verwendet, der so ausgebildet ist, dass diese aus einem Zellenrahmen, einer positiven Elektrode, einer Ionentauschermembran und einer negativen Elektrode gebildet ist, jeweils in mehreren Schichten gestapelt sind (siehe
[Beispielhafte Testberechnung 1][Exemplary test calculation 1]
Die Wärmeabfuhrleistung und eine Menge der Verformung, wenn der Schlitz einen gebogenen Abschnitt aufweist, der in dem Krümmungsradius variiert wird, wurden untersucht. Untersuchungsbedingungen sind im folgenden dargestellt.The heat removal performance and an amount of deformation when the slot has a bent portion that varies in the radius of curvature were examined. Examination conditions are shown below.
In der beispielhaften Testberechnung 1 wurde ein Modell eines Schlitzes
(Wärmeabfuhrleistung)(Heat dissipation power)
Die Wärmeabfuhrleistung wurde durch ein Verhältnis einer Menge einer Wärme durch das Elektrolyt in dem gebogenen Abschnitt
(Wärmemenge, die durch das Elektrolyt generiert wurde) die Wärmemenge Q (W), die generiert wurde, wurde durch den elektrischen Widerstand R (Ω) des Elektrolyts in dem gebogenen Abschnitt
(Amount of heat generated by the electrolyte) The amount of heat Q (W) generated was determined by the electrical resistance R (Ω) of the electrolyte in the
Und die Wärmemenge Q, die generiert wird, wird durch den folgenden Ausdruck berechnet::
Der spezifische Widerstand ρ, der in dem obigen Ausdruck verwendet wird, ist auf 3,82 Ω·cm von dem spezifischen Widerstand des V-basierten Elektrolyts, das als ein Elektrolyt einer RF Batterie verwendet wird, gesetzt. Die Spannung im Schlitz v (V) ist auf 10,5 V von einer Spannung gesetzt, die durch Stapeln von 30 Einheitszellen einer typische RF Batterie in Schichten erhalten wird.The specific resistance ρ used in the above expression is set to 3.82 Ω · cm of the specific resistance of the V-based electrolyte used as an electrolyte of an RF battery. The voltage in slot v (V) is set at 10.5V from a voltage obtained by stacking 30 unit cells of a typical RF battery in layers.
(Wärmekapazität des Ausbildungsabschnitts des gebogenen Abschnitts)(Heat capacity of the formation portion of the bent portion)
Die Wärmekapazität C (J/°C) wird von der spezifischen Wärmekapazität Cp (J/cm3·°C) des Rahmenkörpers
Das Volumen V ist ein Volumen des Rahmenkörpers
Für die spezifische Wärme c und die spezifische Dichte d, die für den obigen Ausdruck verwendet wurde, wurde ein Rahmenkörper
(Erhöhungsrate der Temperatur)(Rate of increase of temperature)
Aus der generierten Wärmemenge Q (W) und der Wärmekapazität C (J/°C), die unter Verwendung des obigen Ausdrucks berechnet wurde, wurde eine Erhöhungsrate ΔT (°C/s) durch den folgenden Ausdruck berechnet:
<Bewertung der Wärmeabfuhrleistung><Evaluation of heat removal performance>
Der Krümmungsradius r des gebogenen Abschnitts
(Menge der Verformung)(Amount of deformation)
Eine Menge der Verformung wurde durch eine gesamte Last P durch einen Fluiddruck, der an dem Ausbildungsabschnitt des gebogenen Abschnitts
Der Einheitsfluiddruck p (N/mm) ist als ein Produkt des Fluiddruck σ (MPa) und der Tiefe h des Schlitzes in Millimetern durch den folgenden Ausdruck bereitgestellt. Beachte, dass der Fluiddruck σ auf 0.5 MPa gesetzt ist.
(Last)(Load)
Durch den folgenden Ausdruck wird die Last P (N) an dem gebogenen Abschnitt
<Bewertung der Verformungsmenge><Evaluation of the deformation amount>
Der Krümmungsradius r des gebogenen Abschnitts
<Gesamtbewertung><Overall>
Gebogene Abschnitte, die Krümmungsradien aufweisen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden einer Gesamtbewertung basierend auf einer Bewertung der Wärmeabfuhrleistung und einer Menge der Verformung bewertet. Die Gesamtbewertung ist wie folgt: „A“ wenn die Wärmeabfuhrleistung und die Menge der Verformung beide als „A“ bewertet wurden (oder kein „B“ oder „C“ vorhanden ist); „B“ wenn mindestens eines die Wärmeabfuhrleistung und die Menge der Verformung als „B“ bewertet wurde und kein „C“ vorliegt; und „C“ wenn mindestens eines die Wärmeabfuhrleistung und die Menge der Verformung als „C“ bewertet wurde. Ein Ergebnis davon ist in Tab. 1 gezeigt. [Tabelle 1]
Aus dem Ergebnis der beispielhaften Testberechnung 1, die in Tabelle 1 gezeigt ist, kann gesehen werden, dass ein gebogener Abschnitt, der einen größeren Krümmungsradius r aufweist, ermöglicht, dass eine Erhöhungsrate der Temperatur ΔT einen kleineren Wert aufweist und folglich eine höhere Wärmeabfuhrleistung ermöglicht und ein gebogener Abschnitt, der einen kleineren Krümmungsradius aufweist ermöglicht, dass eine Last Pr einen kleineren Wert aufweist und folglich eine kleinere Verformungsmenge ermöglicht. Und wenn der Radius der Krümmung r 2 mm oder mehr und 100 mm oder weniger ist, wird angenommen, dass die Verbesserung der Wärmeabfuhr und die Reduktion der Menge der Verformung zusammen erhalten werden kann. Insbesondere wenn der Krümmungsradius r 10 mm oder mehr und 60 mm oder weniger ist, kann eine Verbesserung der Wärmeabfuhr und eine Reduktion einer Verformungsmenge zusammen mit einem hohen Wert erhalten werden.From the result of the exemplary test calculation 1 shown in Table 1, it can be seen that a bent portion having a larger radius of curvature r allows a rate of increase of the temperature ΔT to have a smaller value, thus enabling higher heat dissipation performance a bent portion having a smaller radius of curvature allows a load P r to have a smaller value and thus allows a smaller amount of deformation. And, if the radius of curvature r is 2 mm or more and 100 mm or less, it is considered that the improvement of the heat dissipation and the reduction of the amount of deformation can be obtained together. In particular, when the radius of curvature r is 10 mm or more and 60 mm or less, a Improvement of the heat dissipation and reduction of a deformation amount together with a high value can be obtained.
[Beispielhafte Testberechnung 2][Exemplary test calculation 2]
Ein Anpassungseffekt für einen Fluss und eine Menge der Verformung, wenn ein Schlitz einen Verbindungsabschnitt aufweist, der in seiner Länge variiert, wird bewertet. Die Bewertungsbedingungen sind im Folgenden dargelegt.A fitting effect for a flux and an amount of deformation when a slot has a connecting portion that varies in length is evaluated. The evaluation conditions are set out below.
In einer beispielhaften Testberechnung 2 ist ein Modell des Schlitzes
(Anpassungseffekt für den Fluss)(Adaptation effect for the river)
Der Anpassungseffekt des Flusses wurde durch ein Verhältnis einer Zentrifugalkraft, die auf das Elektrolyt wirkt, das durch den gebogenen Abschnitt
(Zentrifugalkraft des Elektrolyts)(Centrifugal force of the electrolyte)
Die Zentrifugalkraft F (N/m3) wurde mit der Dichte des Elektrolyts m (kg/m3) und der Flussgeschwindigkeit des Elektrolyts u in (m/s) durch den folgenden Ausdruck berechnet:
Wenn die Flussrate des Elektrolyts Q (L/min) ist, ist die Flussgeschwindigkeit u (m/s) durch den folgenden Ausdruck geben:
In dem obigen Ausdruck ist die Dichte mit 1400 kg/m3 angenommen worden und die Flussrate Q ist mit 1 L/min angenommen worden.In the above expression, the density has been assumed to be 1400 kg / m 3 and the flow rate Q has been assumed to be 1 L / min.
(Grad des Drifts)(Degree of drift)
Ein Verhältnis der Zentrifugalkraft F (N/m3), die auf das Elektrolyt wirkt, und einer Länge a (mm) des Verbindungsabschnitts
<Bewertung des Anpassungseffekts des Flusses><Evaluation of the adaptation effect of the flow>
Die Länge a (mm) des Verbindungsabschnitts
(Verformungsmenge) (Deformation amount)
Die Verformungsmenge wurde durch eine gesamte Last P durch einen Fluiddruck, der an dem Ausbildungsabschnitt des Verbindungsabschnitt
Ein Einheitsfluiddruck p (N/mm) ist als ein Produkt des Fluiddrucks σ (MPa) und der Tiefe des Schlitzes h (mm) durch σ x h bereitgestellt, wie in der beispielhaften Testberechnung 1. Beachte, dass der Fluiddruck σ auf 0.5 MPa gesetzt ist.A unit fluid pressure p (N / mm) is provided as a product of the fluid pressure σ (MPa) and the depth of the slit h (mm) by σ xh, as in the exemplary test calculation 1. Note that the fluid pressure σ is set to 0.5 MPa ,
(Last)(Load)
Durch den folgenden Ausdruck ist die Last P (N) berechnet und diese Last wird als Pa bezeichnet.
<Bewertung der Verformungsmenge><Evaluation of the deformation amount>
Die Länge a (mm) des Verbindungsabschnitts
<Gesamtbewertung><Overall>
Verbindungsabschnitte, die Längen aufweisen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden einer Gesamtbewertung basierend auf einer Bewertung des Anpassungseffekt der Flussrate und einer Menge der Verformung unterzogen. Die Gesamtbewertung ist wie folgt: „A“ wenn der Anpassungseffekt des Flusses und die Menge der Verformung beide als „A“ bewertet wurden (oder kein „B“ oder „C“ vorhanden ist); „B“ wenn mindestens eines der Anpassungseffekt des Flusses und die Menge der Verformung als „B“ bewertet wurde und kein „C“ vorliegt; und „C“ wenn mindestens eines der Anpassungseffekt des Flusses und die Menge der Verformung als „C“ bewertet wurde. Ein Ergebnis davon ist in Tab. 2 gezeigt. [Tabelle 2]
Dem Ergebnis der beispielhaften Testberechnung 2, die in Tab. 2 gezeigt ist, kann entnommen werden, dass ein Verbindungsabschnitt, der eine größere Länge aufweist, ermöglicht, dass der Grad des Drifts D einen kleineren Wert aufweist, und folglich einen höheren Anpassungseffekt des Flusses ermöglicht, und das, ein Verbindungsabschnitt, der eine kürzere Länge aufweist, ermöglicht, dass die Last Pa einen kleineren Wert aufweist, und folglich eine kleinere Verformungsmenge ermöglicht. Und wenn die Länge a 5 mm oder mehr und 100 mm oder weniger ist, wird angenommen, dass ein verbesserter Anpassungseffekt des Flusses und eine Reduktion der Verformungsmenge gleichzeitig vorhanden sein können. Insbesondere wenn eine Länge a 10 mm oder mehr und 50 mm oder weniger ist, kann eine Verbesserung des Anpassungseffekts des Flusses und eine Reduktion der Verformungsmenge gleichzeitig auf einem hohen Level auftreten.From the result of the exemplary test calculation 2 shown in Table 2, it can be seen that a connection portion having a longer length allows the degree of drift D to have a smaller value, and thus allows a higher adaptation effect of the flow and that a connecting portion having a shorter length allows the load P a to have a smaller value, and thus allows a smaller amount of deformation. And if the length a is 5 mm or more and 100 mm or less, it is considered that an improved flow adjusting effect and a reduction in the amount of deformation may be present at the same time. In particular, when a length a 10 mm or more and 50 mm or less, an improvement in the effect of adjusting the flux and a reduction in the amount of deformation can occur simultaneously at a high level.
[Beispielhafte Testberechnung 3][Exemplary test calculation 3]
Ein Anpassungseffekt des Flusses und eine Verformungsmenge, wenn der Schlitz in seiner Tiefe variiert wurde, wurden bewertet. Die Bewertungsbedingungen sind im Folgenden dargestellt.An adaptation effect of the flow and a deformation amount when the slot was varied in depth were evaluated. The evaluation conditions are shown below.
In einer beispielhaften Testberechnung 3 wurde das Modell aus
<Bewertung des Anpassungseffekts des Flusses><Evaluation of the adaptation effect of the flow>
Der Anpassungseffekt des Flusses wurde wie folgt bewertet: Der Ausdruck, der in der beispielhaften Testberechnung 2 beschrieben ist, wurde verwendet, um den Grad des Drifts D (N/m4) zu berechnen, wobei die Tiefe h des Schlitzes in einem Bereich von 0,1 mm bis 15 mm variiert wurde, und darauf basierend wurde ein Anpassungseffekt des Flusses bewertet. Ein kleinerer Grad des Drifts D bedeutet einen höheren Anpassungseffekt für den Fluss. Der Anpassungseffekt für den Fluss wurde wie folgt bewertet: „A“ für einen Grad des Drifts, der einen Wert von 5.0 × 107 (N/m4) oder weniger aufweist; „B“ für einen Grad des Drifts, der einen Wert von 1.0 × 108 (N/m4) oder weniger aufweist; und „C“ sonst. Werte des Grads D des Drits und eine Bewertung des Anpassungseffekts des Flusses sind in Tab. 3 gezeigt.The fit effect of the flux was evaluated as follows: The term described in Exemplary Test Calculation 2 was used to calculate the degree of drift D (N / m 4 ) with the depth h of the slot in a range of 0 , 1 mm to 15 mm was varied, and based thereon, an adaptation effect of the flow was evaluated. A smaller degree of drift D means a higher adaptation effect for the flow. The fitting effect for the flow was evaluated as follows: "A" for a degree of drift having a value of 5.0 × 10 7 (N / m 4 ) or less; "B" for a degree of drift having a value of 1.0 × 10 8 (N / m 4 ) or less; and "C" else. Values of the degree D of the drift and an assessment of the adaptation effect of the flow are shown in Table 3.
<Bewertung der Verformungsmenge><Evaluation of the deformation amount>
Die Menge der Verformung wurde wie folgt bewertet: Der Ausdruck, der für die beispielhafte Testberechnung 1 beschrieben wurde, wurde verwendet, um eine Last Pr (N) zu berechnen, wobei die Tiefe h des Schlitzes in einem Bereich von 0,1 mm bis 15 mm variiert wurde, und darauf basierend wurde die Verformungsmenge bewertet. Die Menge der Verformung wurde als „A“ für Lasten Pr, die einen Wert von 50 (N) oder weniger aufweisen, „B“ für Lasten Pr, die einen Wert von 100 (N) oder weniger aufweisen, und sonst mit „C“ bewertet. Werte der Last Pr und eine Bewertung der Menge der Verformung sind in Tab. 3 gezeigt.The amount of deformation was evaluated as follows: The term described for Exemplary Test Calculation 1 was used to calculate a load P r (N) with the depth h of the slot in a range of 0.1 mm to 15 mm, and based on this, the amount of deformation was evaluated. The amount of deformation was expressed as "A" for loads P r having a value of 50 (N) or less, "B" for loads P r having a value of 100 (N) or less, and otherwise with " C "rated. Values of the load P r and an evaluation of the amount of deformation are shown in Table 3.
<Gesamtbewertung><Overall>
Schlitz, die Tiefen aufweisen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden einer Gesamtbewertung basierend auf einer Bewertung der Anpassungseffekt des Flusses und einer Menge der Verformung unterzogen. Die Gesamtbewertung ist wie folgt: „A“ wenn der Anpassungseffekt des Flusses und die Menge der Verformung beide als „A“ bewertet wurden (oder kein „B“ oder „C“ vorhanden ist); „B“ wenn mindestens eines der Anpassungseffekt des Flusses und die Menge der Verformung als „B“ bewertet wurde und kein „C“ vorliegt; und „C“ wenn mindestens eines der Anpassungseffekt des Flusses und die Menge der Verformung als „C“ bewertet wurde. Ein Ergebnis davon ist in Tab. 3 gezeigt. [Tabelle 3]
Dem Ergebnis der beispielhaften Testberechnung 3, die in Tab. 3 gezeigt ist, kann entnommen werden, dass ein Schlitz, der eine größere Tiefe h aufweist, ermöglicht, dass ein Grad des Drifts einen kleineren Wert aufweist, und ermöglicht folglich einen höheren Anpassungseffekt des Flusses, und dass ein Schlitz, der eine kleinere Tiefe h aufweist, ermöglicht, dass die Last gelegt Pr einen kleineren Wert aufweist, und ermöglicht folglich eine kleinere Verformung. Und wenn die Tiefe h 0,5 mm oder mehr und 10 mm weniger ist, wird angenommen, dass die Verbesserung des Anpassungseffekts des Flusses und die Reduktion der Verformungsmenge gleichzeitig erreicht werden kann. Insbesondere, wenn Tiefe h 1 mm oder mehr und 5 mm oder weniger ist, kann eine Verbesserung des Anpassungseffekt des Flusses und eine Reduktion der Verformungsmenge gleichzeitig auf einem hohen Level erhalten werden. From the result of the exemplary test calculation 3 shown in Table 3, it can be seen that a slit having a greater depth h allows a degree of drift to have a smaller value, and thus allows a higher adaptation effect of the flow and that a slit having a smaller depth h allows the load P r laid to have a smaller value, and thus allows a smaller deformation. And if the depth h is 0.5 mm or more and 10 mm less, it is considered that the improvement of the effect of adaptation of the flow and the reduction of the amount of deformation can be simultaneously achieved. In particular, when depth h is 1 mm or more and 5 mm or less, an improvement in the fitting effect of the flow and a reduction in the amount of deformation can be simultaneously obtained at a high level.
[Beispielhafte Testberechnung 4][Exemplary test calculation 4]
Ein Anpassungseffekt für die Flussrate und eine Wärmeabfuhrleistung, wenn Breite des Schlitzes variiert wurde, wurde bewertet.An adjustment effect on the flow rate and heat removal performance when the width of the slot was varied was evaluated.
In einer beispielhaften Testberechnung 4 wurde das Modell aus
<Bewertung des Anpassungseffekts des Flusses><Evaluation of the adaptation effect of the flow>
Der Anpassungseffekt des Flusses wurde wie folgt bewertet: Der Ausdruck, der in der beispielhaften Testberechnung 2 beschrieben ist, wurde verwendet, um den Grad des Drifts D (N/m4) zu berechnen, wobei die Breite w des Schlitzes in einem Bereich von 0,1 mm bis 25 mm variiert wurde, und darauf basierend wurde ein Anpassungseffekt des Flusses bewertet. Ein kleinerer Grad des Drifts D bedeutet einen höheren Anpassungseffekt für den Fluss. Der Anpassungseffekt für den Fluss wurde wie folgt bewertet: „A“ für einen Grad des Drifts, der einen Wert von 5.0 × 108 (N/m4) oder weniger aufweist; „B“ für einen Grad des Drifts, der einen Wert von 1.0 × 1010 (N/m4) oder weniger aufweist; und „C“ sonst. Werte des Grads D des Drifts und eine Bewertung des Anpassungseffekts des Flusses sind in Tab. 4 gezeigt.The fit effect of the flux was evaluated as follows: The term described in Exemplary Test Calculation 2 was used to calculate the degree of drift D (N / m 4 ) with the width w of the slot in a range of 0 , 1 mm to 25 mm was varied, and based thereon, an adaptation effect of the flow was evaluated. A smaller degree of drift D means a higher adaptation effect for the flow. The adaptation effect for the flow was evaluated as follows: "A" for a degree of drift having a value of 5.0 × 10 8 (N / m 4 ) or less; "B" for a degree of drift having a value of 1.0 × 10 10 (N / m 4 ) or less; and "C" else. Values of degree D of drift and an assessment of the adaptation effect of flow are shown in Table 4.
<Bewertung der Wärmeabfuhrleistung><Evaluation of heat removal performance>
Die Wärmeabfuhrleistung wurde wie folgt bewertet: Der Ausdruck, der für die beispielhafte Testberechnung 1 verwendet wurde, wurde verwendet, um die Erhöhungsrate der Temperatur ΔT (°C/s) zu berechnen, wobei die Breite des Schlitzes w in einem Bereich von 0,1 mm bis 25 mm variiert wurde, und darauf basierend wurde die Wärmeabfuhrleistung bewertet. Die Wärmeabfuhrleistung wurde als „A“ bewertet für eine Erhöhungsrate der Temperatur ΔT, die einen Wert von 5°C/s oder weniger aufweist, als „B“ bewertet für eine Erhöhungsrate der Temperatur ΔT, die einen Wert von 8°C/s oder weniger aufweist und als „C“ für sonstiges bewertet. Werte der Erhöhungsrate ΔT der Temperatur und eine Bewertung der Wärmeabfuhrleistung sind in Tab. 4 gezeigt.The heat removal performance was evaluated as follows: The term used for the exemplary test calculation 1 was used to calculate the rate of increase of the temperature ΔT (° C / s) with the width of the slit w in a range of 0.1 mm to 25 mm, and based on this, the heat dissipation performance was evaluated. The heat removal performance was evaluated as "A" for a rate of increase of the temperature ΔT having a value of 5 ° C / s or less, rated as "B" for a rate of increase of the temperature ΔT having a value of 8 ° C / s or less and rated as "C" for others. Values of the rate of increase ΔT of the temperature and an evaluation of the heat removal performance are shown in Table 4.
<Gesamtbewertung><Overall>
Schlitze, die Breiten aufweisen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden einer Gesamtbewertung basierend auf einer Bewertung der Wärmeabfuhrleistung und eines Anpassungseffekts des Flusses unterzogen. Die Gesamtbewertung ist wie folgt: „A“ wenn der Anpassungseffekt des Flusses und die Wärmeabfuhrleistung beide als „A“ bewertet wurden (oder kein „B“ oder „C“ vorhanden ist); „B“ wenn mindestens eines der Anpassungseffekt des Flusses und die Wärmeabfuhrleistung als „B“ bewertet wurde und kein „C“ vorliegt; und „C“ wenn mindestens eines der Anpassungseffekt des Flusses und die Wärmeabfuhrleistung als „C“ bewertet wurde. Ein Ergebnis davon ist in Tab. 4 gezeigt. [Tabelle 4]
Dem Ergebnis der beispielhaften Testberechnung 4, das in
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEITINDUSTRIAL APPLICABILITY
Der Rahmenkörper und Zellenrahmen der vorliegenden Erfindung ist geeignet an einer Komponente einer Redox-Flussbatterie anwendbar.The frame body and cell frame of the present invention is suitably applicable to a component of a redox flow battery.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Zelle cell
- 101101
- Ionentauschermembran Ion exchange membrane
- 102102
- Zelle mit positiver Elektrode; Cell with positive electrode;
- 104104
- positive Elektrode positive electrode
- 103103
- Zelle mit negativer Elektrode; Cell with negative electrode;
- 105105
- negative Elektrode negative electrode
- 106106
- Tank für Elektrolyt der positiven Elektrode Tank for positive electrode electrolyte
- 108, 110108, 110
- Durchgang; Passage;
- 112112
- Pumpe pump
- 107107
- Tank für Elektrolyt der negativen Elektrode Tank for electrolyte of the negative electrode
- 109, 111109, 111
- Durchgang;Passage;
- 113113
- Pumpe pump
- 2020
- Zellenrahmen cell borders
- 2121
- bipolare Platte bipolar plate
- 2222
- Rahmenkörper frame body
- 22L22L
- langes Stück; long piece;
- 22S22S
- kurzes Stück; short piece;
- 22o22o
- Öffnung opening
- 2424
- Kammer chamber
- 200200
- Durchgang passage
- 201, 202201, 202
- Flüssigkeitszufuhrdurchgang Liquid supply passage
- 203, 204203, 204
- Flüssigkeitsablassdurchgang Liquid discharge passage
- 210210
- Schlitz slot
- 211, 212211, 212
- Flüssigkeitszufuhrschlitz Liquid feed slot
- 213, 214213, 214
- Flüssigkeitsablassschlitz Liquid discharge slot
- 35, 35a–35c35, 35a-35c
- gebogener Abschnitt curved section
- 3636
- Verbindungsabschnitt connecting portion
- 4040
- Schutzplatte protection plate
- 50 50
- Dichtungselement sealing element
- 10S10S
- Zellenstapel cell stack
- 250250
- Endplatte endplate
- 300300
- Redox-Flussbatterie (RF-Batterie) Redox flux battery (RF battery)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R158 | Lapse of ip right after 8 years |